(57)【要約】【課題】プラント状態が自動制御により安定に制御可能な状態なのか手動制御への切換えが行われる状態なのか等の情報をプラント運転員に提示できるプラント監視装置を提供する。【解決手段】自動制御から手動制御への切換え自動的に行われるプラントの制御であって、複数の検出器からのプラントパラメータを入力し、複数のプラントパラメータのそれぞれについて制御状態検知を行い、自動制御が安定，限界，範囲外のいずれかに該当するかを特定する制御状態検知部３７と、制御状態検知部３７からの信号により制御状態を決定する状態選択部４３と、状態選択部４３で決定された制御状態を表示する表示部４とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントの状態を検出する複数の検出器からのプラントパラメータを入力し、複数のプラントパラメータのそれぞれについて制御状態検知を行い、自動制御が安定，限界，範囲外のいずれかに該当するかを検知し、検知された各プラントパラメータの制御状態により自動制御状態を決定し、該決定された自動制御状態を表示部に表示するプラント監視装置。
【請求項２】
応答遅れと干渉の大きなプラントの制御であって、複数の検出器からのプラントパラメータを入力し、複数のプラントパラメータのそれぞれについて制御状態検知を行い、自動制御が安定，限界，範囲外のいずれかに該当するかを検知し、検知された各プラントパラメータの制御状態により自動制御状態を決定し、自動制御が限界に近づいてきたこと表示部に表示するプラント監視装置。
【請求項３】
自動制御から手動制御への切換えが自動的に行われるプラントの制御であって、複数の検出器からのプラントパラメータを入力し、複数のプラントパラメータのそれぞれについて制御状態検知を行い、自動制御が安定，限界，範囲外のいずれかに該当するかを特定する制御状態検知部と、該制御状態検知部からの信号により制御状態を決定する状態選択部と、該状態選択部で決定された制御状態を表示する表示部とを備えたプラント監視装置。
【請求項４】
前記表示部に表示する自動制御状態に自動制御から手動制御に切換わるタイミングをプラント運転員に通知する情報を含む請求項１から３のいずれかに記載のプラント監視装置。
【請求項５】
前記監視制御装置がネットワークに接続されるものであって、前記表示部に表示する情報を前記ネットワーク上で確認できるようにした請求項１から３のいずれかに記載のプラント監視装置。
【請求項６】
前記制御状態の検知を行う制御状態検知部が、定常値範囲を境にした許容範囲のどの段階に位置しているかを判断する許容範囲逸脱検知部，プラントパラメータの収束率を求め判断する未収束検知部，プラントパラメータの適合度から判断する自動制御逸脱検知部，プラントパラメータの計測値の変化で判断する急増減検知部で構成される１から５のいずれかに記載のプラント監視装置。
【請求項７】
前記検知された各プラントパラメータの制御状態により自動制御状態を決定する状態選択部が、検知された各プラントパラメータの制御状態の安定，限界，範囲外の個数により自動制御状態が安定，限界，範囲外のいずれに該当するかを判断する請求項１から３のいずれかに記載のプラント監視装置。
【請求項８】
前記表示部が制御状態に対応したランプ点灯表示をするものである請求項１から３のいずれかに記載のプラント監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学プラント等、応答遅れが大きなシステムにおいて、プラント運転員に対して手動制御のための準備情報を提供してプラント運転員の負担を低減するのに好適なプラント監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラント監視装置に関する従来の技術は、（特許文献１）に記載のように、プラントあるいは各種生産設備の状態を監視するための電気的入力信号、および制御するための電気的出力信号を入力する入力処理部と、入力した信号の正常範囲からの逸脱を自動的に検出する検出周期が異なる２以上の異常検出部と、検出事象と異常原因候補群およびそれらの関連の程度からなる診断知識データベースと、診断知識データベースと異常検出部で検出された検出事象とを照合し、プラントあるいは各種生産設備の異常の原因を自動的に推定する異常原因推定部と、異常原因推定部での推定結果をＣＲＴ装置に出力する表示出力部を備え、知識データベース及び異常原因推定部を検出周期が異なる２以上の異常検出部で入力されたプラントあるいは各種生産設備の電気的入出力信号を監視し、正常状態からの逸脱があれば異常が発生したことを検出して、異常を検出した周期の異常原因推定部が動作し、検出された事象と異常を検出した周期の診断知識データベースとを照合して異常原因を推定する異常診断方法がある。
【０００３】
又、（特許文献２）に記載のように、プロセスの現在値とその目標値との差を、プロセスの安定領域の上限または下限とその目標値との差を、プロセスの安定領域の上限または下限とその目標値との差に対する相対値として表示し、相対値の表示を時間的変化の状況を複数段階に区分し、現在の時間的変化の状況がどの段階に属するかを識別できるようにしたプロセス安定度表示装置がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２６６３８２号公報
【特許文献２】特開昭５５−１５４６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
（特許文献１）に記載の異常診断方法は、プラント状態や異常状態の表示は可能であったが、自動制御が安定して行われている状態なのか、或いは自動制御が限界に近い状態であり、手動制御の準備が必要であることを判り易く運転員に通知する機能は有してなかった。
【０００６】
又、（特許文献２）に記載のプロセス安定度表示装置は、プロセスの安定領域の上限または下限とその目標値との差に対する相対値として表示し、現在の時間的変化の状況がどの段階に属するかを識別できるようにしているが、応答遅れの大きなプラントの自動制御から手動制御に自動的に切換わる場合の対応については配慮されていないものであった。
【０００７】
本発明の第１の目的は、プラント状態が自動制御により安定に制御可能な状態なのか手動制御への切換えが行われる状態なのか等の情報をプラント運転員に提示できるプラント監視装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の第２の目的は、運転員が常時監視する必要がなく、制御が切換わるタイミングを事前に通知でき、余裕を持って手動制御に向けての準備が行えるプラント監視装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、自動制御から手動制御への切換えが自動的に行われるプラントの制御であって、手動制御へ切換わるタイミングを運転員に通知するため、プラントパラメータを制御状態検知部へ入力し、各プラントパラメータが自動制御安定，自動制御限界及び自動制御範囲外の３状態のいずれに該当するかを特定し、その結果を状態選択部へ入力し、自動制御安定，自動制御限界及び自動制御範囲外の内１つの制御状態が最終的に決定付けられ、その結果を表示部へ表示するようにしたものである。
【００１０】
表示部に現在表示されている状態が将来的なプラント状態を示すことから、手動制御に向けて余裕を持った準備を行うことが可能となり、プラント運転員が常時監視する必要も無くなり、通常監視時や手動制御時において、運転員の負担を軽減することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、運転員はプラントの制御が手動制御に切換わる前に、操作履歴や各プラントパラメータのトレンドを確認することができ、余裕を持った対応が可能となる。また、事前に制御の切換わる時期を予測できるため、監視制御盤の前に常駐する必要がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の一実施例であるプラント監視装置を応答遅れの大きな一般的な化学プラントの制御システムを例にとり図１から図８を用いて説明する。図１は、化学プラントの構成図である。
【００１３】
処理槽１には、移送ポンプ１４，弁１７が設置された配管２１，移送ポンプ１５，弁
１８が設置された配管２２ａ〜２２ｎが接続され、処理槽１に配管２１により前工程からの処理溶液が流入し、配管２２ａ〜２２ｎそれぞれにより処理溶液に科学的処理を施すための薬品Ａ〜薬品Ｎが流入するようになっている。配管２１には流量検出器１０が設置され、配管２２ａ〜２２ｎにはそれぞれ流量検出器１１ａ〜１１ｎが設置され、計測された処理溶液の流量，薬品の流量を後述する監視制御システムに送信するようになっている。
【００１４】
処理槽１には、処理槽１内の処理溶液の濃度を検出する濃度検出器７，温度を検出する温度検出器８，圧力を検出する圧力検出器５，攪拌器２５の回転速度を検出する回転速度検出器９，処理槽１内の水位を検出する水位検出器６が設置され、それぞれの計測値は監視制御システムに送信される。又、処理槽１の下方部分には、加熱器の電源装置２６，配管２９を介して試料を採取するサンプリング点２８が設けられ、電源装置２６の加熱器出力２７の計測値は監視制御システムに送信される。
【００１５】
処理槽１には移送ポンプ１６，弁１９を設けた配管２３が接続され、処理された溶液を次工程へ移送するようになっている。配管２３には流量検出器１３が設置され、計測された流量は監視制御システムに送信される。
【００１６】
監視制御システムは、図２に示すように、上述した圧力Ｐ，温度Ｔ，水位Ｌ，濃度Ｐｈ及び流量Ｆなどのプラントパラメータ３２の入力信号３０を簡易的に演算する関数発生器３３ｅ〜３３ｈを介して入力し、上述した各制御機器への制御信号３１を出力する主制御器２と、プラントパラメータの入力信号３４を関数発生器３３ａ〜３３ｄを介して入力すると共に主制御器２の演算情報を入力する判断部３と、判断部３の結果を入力し表示する表示部４で構成されている。本実施例では主制御器２はファジィコンピュータで構成している。ファジィコンピュータの代わりに他の手法で代替可能である。
【００１７】
主制御器２からの制御信号は、化学プラント制御に重要な処理槽の内部温度，処理槽水位，処理溶液の濃度などを制御するための操作量であり、各弁，撹拌器の回転速度及び加熱器出力が制御される。
【００１８】
処理槽１の上方部には、圧力調整弁２０が設置された配管２４が接続され、処理槽１内の圧力が高圧となった場合には、圧力調整弁２０の弁開度を制御して排気することにより、処理槽１内の圧力を一定に保つように制御している。
【００１９】
水位制御は、水位検出器６により検出された信号，流量検出器１０，１１，１３より検出した信号が監視制御装置へ送られ、前工程の処理溶液，薬品抽入量，次工程への流出量を弁１７，１８，１９の開度を制御することにより行われる。濃度制御は、濃度検出器７より検出した濃度信号，流量検出器１１より検出した薬品抽入量，回転速度検出器９より検出した撹拌器２５の回転速度が監視制御装置へ送られ、弁１８の開度，撹拌器２５の回転速度を制御して行われる。処理槽１内の温度制御は、温度検出器８より検出した温度信号，加熱器出力２７が監視制御システムへ送られ、加熱器の電源装置２６を制御することで行われる。
【００２０】
監視制御装置は、自動制御と手動制御の切換機能を有しており、自動制御から手動制御に自動で切換えが行われる場合は、事前に自動制御下で行われた操作量や制御量の変化及びプラント状態の変化をプラント運転員が把握するために必要な情報を提供する。又、自動制御が安定に行える状況なのか、自動制御の限界に近くあり比較的短時間に手動制御に切換えが行われる状態なのかを表示でき、プラント運転員が、手動制御のための準備が必要な状態なのか、比較的安心して一般的な監視を行っていれば良い状態なのかを把握でき負担が軽減されるようになっている。これらの点について、以下に説明する。
【００２１】
判断部３は、図３に示すように、入力信号３４を入力して制御状態を検知する制御状態検知部３７と、制御状態検知部３７で判定された信号４２を入力し最終的に制御状態を決定する状態選択部４３で構成される。制御状態検知部３７は、許容範囲逸脱検知部３８，未収束検知部３９，自動制御逸脱検知部４０，急増減検知部４１で構成される。
【００２２】
許容範囲逸脱検知部３８は、図４に示すように、入力された各プラントパラメータ、例えば処理槽内部の圧力Ｐ，処理槽内部の温度Ｔ，処理槽内部の水位Ｌ，処理槽内溶液の濃度Ｐｈなどの検出信号が、定常値範囲を境に上側に２つの範囲、下側に２つの範囲の計６段階に分けた許容範囲のどの段階に位置しているかを基にパラメータ全体ではどの段階にあるかを決定する。すなわち、自動制御が安定（以下「安」という）、自動制御が限界
（以下「限」という）、自動制御の範囲外（以下「外」という）のどの制御状態に該当するかを決定して検知結果を出力する。
【００２３】
ここで、プラントパラメータのうち、１つでも「外」であれば、制御状態は「外」であるとして状態選択部４３へ検知結果を入力し、プラントパラメータのうち、半数以上が
「限」であれば、制御状態は「限」であるとして状態選択部４３へ検知結果を入力し、それ以外は制御状態が「安」であるとして状態選択部４３へ検知結果を入力する。
【００２４】
未収束検知部３９は、濃度Ｐｈなど一定値に制御したいプラントパラメータの計測値を設定された時間の間記憶装置に保存し、この保存した情報を利用して対象パラメータの収束率を算出して制御状態の検知を行う。
【００２５】
図５は、濃度Ｐｈの計測値を記憶装置に保存した濃度Ｐｈの計測値の変化を示している。ｔt は記憶装置へパラメータを保存し始めてから現在までに経過した時間を示し、時間ｔtから時間ｔdだけ過去の時刻ｔpを中心として過去ｔs、未来ｔsの２ｔs時間の範囲にある最大値と最小値を探し出し、数１から数５により対称となるパラメータの収束率を求め、最終的に「安」，「限」，「外」の検知結果を出力する。
【００２６】
【数１】
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【００２７】
【数２】
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【００２８】
【数３】
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【００２９】
【数４】
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【００３０】
【数５】
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【００３１】
ここで、ａ1，ａ2は一定値に制御したいプラントパラメータの定常値からの偏差であり、必ずａ1はａ2よりも過去に保存されたデータとする。Ａは、一例として濃度Ｐｈの最大許容偏差であり、Ｂは安定状態における定常値からの最大許容偏差である。Ａ，Ｂの値は、経験により決定される。時間ｔd，ｔsは、化学プラントのような応答の遅いシステムに対しては比較的大きな値を設定する。又、数１は発散に向かっていることを示し「外」であり、数２，数３はやや収束傾向にあることを示し「限」であり、数４，数５はほぼ収束状態であり「安」であることを示す。ある時点での制御状態は、数１〜数５のいずれかに該当し、決定された１つの結果が状態選択部４３へ入力される。
【００３２】
自動制御逸脱検知部４０は、主制御器２からの演算情報３６を入力して制御状態の検知を行う。演算情報３６はインテリジェント制御において導入されている適合度、すなわち制御適合性を示す評価関数値であり、この例では工程における温度，水位，濃度などの重要な制御を司る主制御器２の主要なファクターである。
【００３３】
各プラントパラメータ、例えば図６に示すように、処理槽内部の温度Ｔ，処理槽水位Ｌ，処理槽内部の圧力Ｐ，溶液の濃度Ｐｈのファジィ前件部適合度を主制御器２により演算した結果が、演算情報３６として自動制御逸脱検知部４０に入力される。
【００３４】
入力された各適合度のうちの６０％以上が適合度０.５ 以下であれば、自動制御逸脱検知部４０の出力「限」が状態選択部４３へ入力される。入力された各適合度のうちの８０％以上が適合度０.３ 以下であれば、自動制御逸脱検知部４０の出力「外」が状態選択部４３へ入力される。この他の場合は、自動制御逸脱検知部４０の出力「安」が状態選択部
４３へ入力される。低い適合度が属するグループの大きさ（割合）と３つの制御状態を判断するために設定する適合度（閾値）を変えることにより、自動制御逸脱検知部４０の効果を強調したり弱めたりすることができる。より早く制御状態の異常を検知したい場合は、自動制御逸脱検知部４０の効果を強めればよい。
【００３５】
急増減検知部４１は、比較的短時間で変化するパラメータ、例えば図１に示す前工程よりの処理溶液の流入量，薬品抽入量，次工程への流出量などの比較的短時間における変化率（傾き）を算出し、これを基に制御状態の検知を行うものである。
【００３６】
急増減検知部４１では、未収束検知部３９と同様に、監視対象となるプラントパラメータの計測値を設定された時間の間記憶装置に保存する。
【００３７】
図７は、記憶装置に保存されたプラントパラメータの計測値の変化を示す図である。現在の時間をｔt とし、Ｔ時間過去の時間をｔ′とする。ある最小時間でパラメータの変化がほぼ直線的に変化すると仮定したとき、その傾きは（ｆ2−ｆ1）／(ｔt−ｔ′) より算出できるが、本実施例では（ｆ2−ｆ1）≫(ｔt−ｔ′) と考え（ｆ2−ｆ1）を変化率としている。
【００３８】
【数６】
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【００３９】
【数７】
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【００４０】
【数８】
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【００４１】
ここで、定数Ｃは、パラメータ前工程よりの処理溶液の流入量，薬品抽入量，次工程への流出量などのいずれかの流量の定常値である。又、数６は、パラメータが異常的に増加また減少し「外」であることを示している。数７は、パラメータが急変し「限」であることを示している。数８はパラメータが増加または減少傾向にあり「安」であることを示している。
【００４２】
ある時点での制御状態は、数６〜数８のいずれかに該当し、決定された１つの結果が急増減検知部４１の出力として状態選択部４３へ入力される。
【００４３】
次に、自動制御から手動制御へ自動的に切換わるタイミングを事前に検知し、その情報を運転員に提供する場合について説明する。
【００４４】
図２に示すように、プラントパラメータ３２の検出信号は関数発生器３３ａ〜３３ｄへ入力され、関数発生器３３ａ〜３３ｄからの入力信号３４は、制御状態検知部３７と状態選択部４３とを包括する判断部３へ入力される。現在の制御状態を決定付けた信号である判断部３からの出力信号は、表示部４へ入力され、表示部に設置された表示器により運転員が目視確認できるようになっている。
【００４５】
制御状態検知部３７からの信号４２が状態選択部４３へ入力されると、状態選択部４３では、次の（ａ）から（ｃ）に示すように最終的な制御状態を決定付ける。
【００４６】
（ａ）信号４２の内１つでも「外」信号であれば、最終的な制御状態「外」を信号３５        として表示部４へ入力する。
（ｂ）信号４２の内２つ以上「限」信号であれば、最終的な制御状態「限」を信号３５        として表示部４へ入力する。但し、出力信号４２の内１つでも「外」信号があれ        ば、信号３５は「外」となる。
（ｃ）出力信号４２全てが「安」信号のとき、最終的な制御状態「安」を信号３５とし        て表示部４へ入力する。
【００４７】
図８は表示部４の詳細を示す図である。表示部４は監視制御システム盤上に、運転員が容易に確認できるように設置されている。状態選択部４３で決定付けられた制御状態を示す信号３５が表示部４へ入力され、表示部４では、制御状態に対応したランプを表示する。「安」はプラントが安定状態にあり、継続して自動制御が行えることを示している。
「限」は自動制御による制御が限界に近づいていることを示しており、間もなく制御が自動から手動へ自動的に切換わることを示す。「限」については、プラントパラメータのトレンドから「外」に至る時期を推定して「外」となる時期を表示するようにしてもよい。このランプ点灯により運転員は間もなく起こるであろう手動制御への切換えに備え、表示ディスプレイを利用してトレンド等の情報収集や原因究明を開始することができる。「外」は非常に短期間で自動的に手動制御へ切換わることを示している。また、図１に示しているように、表示部の情報をイントラネット上で閲覧可能とすることにより、監視制御システム盤の前で常時待機することを回避できる。
【００４８】
本実施例によれば、プラントの制御が自動で行われているとき、その制御状態が安全に継続可能なのか、自動制御では制御可能な状態を逸脱しそうな限界状態であり、そのうち自動制御が手動制御に自動的に切換わるのか、間もなく自動的に手動制御へ切換わるのかの制御状態を検知し、運転員に通知するので、運転員はプラントの制御が手動制御に切換わる前に、操作履歴や各プラントパラメータのトレンドを確認することができ、余裕を持った対応が可能となる。また、事前に制御の切換わる時期を予測できるため、監視制御盤の前に常駐する必要がなくなる。
【００４９】
また、従来は、プラント運転員自身が自動的に手動制御への切換えが行われるタイミングを予測するために、常に操作量や制御量及びプラント状態の変化を詳細に把握すると共に、制御システムやプラント状態の監視を行う必要があったが、自動制御が手動制御に切換わるタイミングを事前に知ることができるため、運転員が常時監視する必要は無くなり、過去に行った操作の把握と今後すべき操作の確認などが行え、少人数で余裕を持って手動制御に向けての準備ができるので、運転員の負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施例である化学プラントの構成図である。
【図２】監視制御システムの構成図である。
【図３】判断部の詳細な構成を示す構成図である。
【図４】許容範囲逸脱検知部の説明図である。
【図５】未収束検知部の説明図である。
【図６】自動制御逸脱検知部の説明図である。
【図７】急増減検知部の説明図である。
【図８】表示部の詳細図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…処理槽、２…主制御器、３…判断部、４…表示部、５…圧力検出器、６…水位検出器、７…濃度検出器、８…温度検出器、９…回転速度検出器、１０，１１，１３…流量検出器、１４，１５，１６…移送ポンプ、１７，１８，１９…弁、２０…圧力調整弁、２１，２２，２３，２４，２９…配管、２５…撹拌器、２６…電源装置、２７…加熱器出力、２８…サンプリング点、３０，３４…入力信号、３１…制御信号、３３…関数発生器、
３６…演算情報、３７…制御状態検知部、３８…許容範囲逸脱検知部、３９…未収束検知部、４０…自動制御逸脱検知部、４１…急増減検知部、４３…状態選択部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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